[发明专利]一种用于PCIe异构加速卡的新型程控配置方法

说明书

本发明公开了一种用于PCIe异构加速卡的新型程控配置方法，该方法将PCIe异构加速卡上FPGA的配置文件分割为上电配置和按需加载两部分：上电配置文件包含PCIe固核以及FPGA内部配置控制器，烧录在PCIe加速卡上的闪存中；按需加载文件包含用户固件程序，存储在计算机硬盘中。将PCIe加速卡安装并上电后，闪存中的上电配置文件将被加载并对FPGA进行初始化配置，之后计算机将按需加载文件通过PCIe链路传输至FPGA的内部配置端口，对FPGA进行进一步配置。本发明可以解决传统方式下FPGA上电配置时间长，无法满足PCIe异构加速卡上电链路训练时限要求的问题。

技术领域

本发明涉及FPGA应用技术领域。

背景技术

随着数据规模的不断增长以及数据分析算法复杂度的不断提升，数据处理系统对计算性能的需求也日益凸显，CPU的处理能力受到极大的挑战。在这样的背景下，异构计算受到越来越多的关注，其中FPGA加速卡就是比较常见的一种，它通过PCIe总线与主机CPU相连，又称为PCIe异构加速卡。

PCIe异构加速卡的核心是FPGA，其PCIe端点设备功能也是利用FPGA中的PCIe固核实现的，因此对加速卡的配置就是对FPGA的配置。在PCIe异构加速卡应用过程中，也经常需要对FPGA进行加载更新配置数据。传统的FPGA配置方式一般是采用JTAG接口下载配置文件，或者将完整的配置文件烧录至PROM中令FPGA上电加载。根据PCIe基本规范要求，PCIe设备需要在系统上电启动120ms内为PCIe链路训练做好准备，进而完成PCIe设备枚举、识别；但是采用这两种传统方式配置FPGA时配置文件加载速度均比较慢，无法满足系统上电PCIe设备枚举、识别时限要求，给PCIe异构加速卡的实际应用带来困难。

发明内容

为解决传统方式下FPGA上电配置时间长，无法满足PCIe异构加速卡上电链路训练时限要求的问题，本发明提供了一种用于PCIe异构加速卡的新型程控配置方法。

为达到以上目的，本发明提出了一种用于PCIe异构加速卡的新型程控配置方法，具有以下步骤：

步骤一、生成包含PCIe固核和FPGA内部配置控制器的上电配置文件，并将其烧录至PCIe加速卡上的闪存中；

步骤二、生成具有用户自定义运算加速功能的按需加载文件，存储在计算机硬盘中；

步骤三、编译并安装对应计算机系统版本的PCIe加速卡驱动程序；

步骤四、将PCIe加速卡安装在计算机中并上电；

步骤五、PCIe加速卡上闪存中的上电配置文件将自动加载并对FPGA进行初始化配置；

步骤六、计算机将按需加载文件通过PCIe链路传输至FPGA的内部配置控制器，对FPGA进行进一步配置。

优选的，所述FPGA为Xilinx公司Artix-7、Kintex-7、Virtex-7等可以实现PCIe固核的7系列器件；所述PCIe异构加速卡为载有所述FPGA实现运算加速功能、利用所述FPGA的PCIe固核实现PCIe端点设备功能、带有PCIe边沿接插件的硬件板卡。

优选的，所述PCIe加速卡上的闪存为符合Xilinx 7系列FPGA主控配置模式标准的PROM芯片。

优选的，所述上电配置文件为.bit配置比特流文件，在通过JTAG将其烧录至所述闪存时要按照配置模式和PROM芯片型号转换格式为.mcs文件并进行数据压缩。

优选的，所述上电配置文件包含的PCIe固核能够执行PCIe链路训练、完成PCIe设备枚举以及通过PCIe链路收发数据。所述上电配置文件包含的FPGA内部配置控制器为Xilinx ICAP模块。